Действительно ли инфракрасные фотографии содержат инфракрасные цвета?

В школе мы все узнали, что из белого света мы можем воспринимать только видимый спектр, но мы не можем видеть ультрафиолетовые или инфракрасные области .

Если это так, то почему мы можем сделать инфракрасную фотографию ? Хорошо, объектив может это сделать, но как мы можем увидеть ИК-цвета на конечном изображении? Откуда мы на самом деле знаем, что это ИК-свет, а не просто яркие цвета?

«Цвет» - это, по сути, свойство распределения длин волн видимого света (воспринимаемого человеком).

Цифровые камеры только определяют количество света в каждом пикселе, они не могут измерить длину волны и, следовательно, не могут записывать цвета напрямую. Цветные изображения создаются путем размещения чередующихся красных / зеленых / синих фильтров перед каждым пикселем. Поместив красный фильтр (тот, который блокирует зеленый и синий свет) перед пикселем, вы можете измерить количество красного света в этом месте.

Инфракрасная фотография со стандартными цифровыми камерами включает в себя фильтрацию видимого света (и, при желании, удаление встроенной ИК-фильтрации), поэтому записывается только инфракрасный свет. Чередующиеся красные / зеленые / синие фильтры остаются на месте.

Существуют разные длины волн инфракрасного света, однако эти длины волн не соответствуют «цвету», потому что они невидимы для человеческого глаза. Истинный инфракрасный, в диапазоне 850 нм и более проходит более или менее одинаково через каждый из красных / зеленых / синих фильтров, так что в итоге вы получаете изображение только с интенсивностью (в оттенках серого), например:

http://www.mattgrum.com/photo_se/IR_1.jpg

Длины волн, которые ближе к видимому спектру, поэтому вызов ближнего ИК-диапазона в диапазоне 665 нм будет проходить через фильтры RGB в разном количестве, поэтому создается изображение с разными значениями RGB, и, следовательно, при отображении на компьютере вы получаете цветное изображение.

Но цвета не являются «реальными», в том смысле, что цвет является свойством человеческого зрения, и эти длины волн находятся за пределами нашего зрения, поэтому мозг не определил способ их представления нам. Различные цвета, которые вы видите на цифровом инфракрасном изображении (воспроизводимом в видимом диапазоне монитором вашего компьютера), возникают из-за недостатка синих и зеленых фильтров.

Синие фильтры предназначены для фильтрации низкочастотного красного и зеленого света, но во всем диапазоне видимого спектра (поскольку ИК-фильтр камеры обычно снимает все остальное). Когда видимый свет блокируется и частоты становятся действительно низкими (например, отраженными листвой через эффект дерева ), они снова начинают проходить через синий и зеленый фильтры!

Таким образом, самая нижняя часть видимого спектра / очень ближний ИК (который в изобилии присутствует в небе) в основном возбуждает красные пиксели, поскольку синие и зеленые фильтры все еще работают, ближний ИК (отраженный от листьев) начинает возбуждать синий и зеленый пиксели как фильтры работают за пределами своего нормального диапазона.

В результате получается красное небо и голубое / бирюзовое дерево, например:

_{(источник: wearejuno.com )}

Но поскольку эти цвета не совсем реальны, фотографы часто меняют каналы красного / синего цвета, что дает более нормальное изображение голубого неба и зеленых / желтых деревьев:

http://www.mattgrum.com/photo_se/IR_2.jpg

Изображение, которое мы видим с инфракрасной камеры, - это то, что известно как изображение в ложном цвете . Это означает, что диапазон длин волн в инфракрасном спектре отображается с соответствующей длиной волны видимого света. Как и в случае видимого света, конкретная длина волны инфракрасного света может варьироваться по интенсивности от чуть выше черного (тени) до почти насыщенности (блики).

То, как каждая длина волны и интенсивность инфракрасного света переводится в видимый свет, который мы видим, во многом зависит от цели и предполагаемого использования инфракрасного изображения. Это также зависит от того, было ли изображение получено с помощью камеры, разработанной с нуля для записи света в инфракрасном спектре, или с помощью камеры, предназначенной для захвата видимого света, который был преобразован для захвата инфракрасного света путем удаления инфракрасного фильтра, установленного на большинстве камер. и добавив фильтр для удаления видимого света.

Изображения от астрономических инструментов, которые фотографируют ночное небо в инфракрасном диапазоне, имеют тенденцию обрабатываться так, чтобы они выглядели как видимое ночное небо, даже если то, что видно на небесах, а что нет, на инфракрасном изображении будет отличаться от того, что видно на видимом светлое изображение. Как правило, более короткие волны инфракрасного света будут отображаться как более короткие волны видимого света (синий), средние волны инфракрасного света будут отображаться как средние волны видимого света (зеленый), а более длинные волны в инфракрасном спектре будут отображаться как более длинные. длины волн в спектре видимого света (красный).

С другой стороны, изображения, используемые для наблюдения людей в темноте (изображения «ночного видения»), часто будут отображать различные интенсивности одной и той же длины волны (10 мкм - длина волны, при которой люди излучают наибольшее количество тепла), используя разные цвета. В этом случае белый может обозначать самую высокую интенсивность при 10 мкм, красный может обозначать немного более низкую интенсивность при 10 мкм, зеленый - еще более низкую интенсивность и так далее. Другие длины волн инфракрасного света могут не отображаться вообще.

Примеры каждого из приведенных выше сценариев можно увидеть в верхней части статьи Википедии об инфракрасном диапазоне .

Да, инфракрасная фотография делает запись инфракрасных длин волн. Обычно используется фильтр, чтобы убедиться, что видимый свет не записывается. Сенсоры и пленки не основаны на человеческом глазу, поэтому их ограничения разные. Мы видим инфракрасный свет на полученных фотографиях, потому что он отображается в другом цвете (цветах), чем инфракрасный.

В фотографии цвета получающейся фотографии редко бывают точными в сравнении с исходным видом; на самом деле, для того, чтобы цвета не менялись на протяжении всего рабочего процесса, требуются большие усилия. Есть несколько методов, использующих преимущества более или менее изменяющихся цветов, таких как перекрестная обработка, HDR, черно-белый и т. Д .; и инфракрасная фотография - только один из них. Рентгенография - еще один пример превращения невидимых длин волн в видимые.

Камера представляет собой сетку датчиков, которые считают фотоны из заданного диапазона. Они подсчитывают эти фотоны и создают таблицу, показывающую частоту фотонов (сколько фотонов в единицу времени, а не их электромагнитную частоту) для каждого датчика в сетке.

На практике у камер есть датчики, оптимизированные для улавливания красных, синих и зеленых фотонов, но они также ловят инфракрасные лучи. Используя фильтры, вы можете пропустить только ИК на датчики. Затем вы получите таблицу чисел, показывающую частоту фотонов в ИК-диапазоне.

Теперь вы можете делать все, что угодно с этим столом. Вы можете построить его как трехмерную функцию с частотой в качестве высоты. Вы можете отобразить младшие цифры на черные и большие цифры на белые, чтобы получить изображение в градациях серого. Вы можете отобразить младшие цифры на черные, средние цифры на оранжево-желтые и большие цифры, чтобы имитировать, как светится раскаленный металл.

Причина, по которой вы можете видеть ИК-цвета, заключается в том, что камера не производит изображение с точно такими же (ИК) цветами, которые она видела. Он создает преобразованное изображение, где каждая длина волны ИК-излучения отображается на видимую длину волны. Это не делается программным обеспечением, но происходит само по себе: датчики обычно улавливают как видимый, так и инфракрасный, но программное обеспечение предполагает, что все это видно, потому что есть ИК-фильтр, блокирующий фотоны с ИК-длинами волн. Но некоторые люди снимают фильтры.

Это все возможно сделать специальные тепловые камеры, где датчики на самом деле оптимизированы для захвата ИК. Они, вероятно, имели бы программное обеспечение, явно преобразующее ИК в видимый свет.